CN106211252A - 一种无线密集网络的能效优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线密集网络的能效优化方法，在网络处于稳态期，用户通过宏基站链路周期性地向汇聚服务器发送可供接入基站的信息；汇聚服务器根据基站当前可用带宽Bavail、可供接入基站的信号强度Ps和可供接入基站的负载比Rload确定用户的最佳转移基站；当基站的待转移用户总数Nmove与基站当前服务的用户总数Nusers相等，则将用户属性表中待转移用户的最佳转移基站ID信息Imt通过宏基站链路发送给各用户；用户接收到最佳转移基站ID信息后断开当前连接，并关联上待转移基站Imt；用户将转移信息反馈到汇聚服务器，汇聚服务器根据转移信息更新用户属性表和基站属性表；本发明提供的上述能效优化方法，在保证用户传输性能的前提下，极大地提高了网络的能量效率。

Description

一种无线密集网络的能效优化方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种无线密集网络的能效优化方法。
背景技术
随着4G向5G时代的迈进，网络越来越密集化，密集网络的重叠覆盖，必然伴随着能量密度的大大增加，网络能效问题，一直是绿色通信领域极其关注的对象，在资源日益匮乏的今天，提升网络能量效率不仅是节约资源的需求，也是保护环境的必要。如何在新型5G网络架构下，提高网络整体能量效率，是新一代无线通信技术亟需解决的重大问题。
当网络运营到稳态期，用户呈现出低移动性特征，每个基站服务的用户相对固定，网络整体呈现相对稳态；在传统网络中，从用户接入时刻起到网络呈现相对静态，用户关联的基站基本不变，除非人为因素或自然因素导致稳态被打破；而在稳态期内，无论用户是否转移，所有基站均处于工作状态，小区能量密度较高，长时间过高的热量易加快设备的老化进程；而另一方面，稳态期能量效率相比非稳态期并没有得到改善，造成了能源的浪费。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无线密集网络的能效优化方法，其目的在于降低无线密集网络在稳态期的能耗。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种无线密集网络的能效优化方法，基于如下网络环境：宏基站信号覆盖整个区域，区域内部署有各种制式异构无线网络微基站(包括无线接入点AP、家庭基站FEMTO、微微基站PICO)组成异构无线密集网络；宏基站链路承载信令，微基站链路承载数据；服务器维护基站属性表和用户属性表，基站属性表实时记录当前小区内所有基站的属性信息(包括基站的类型、基站服务的用户数、基站回程链路可用带宽、基站下待转移用户总数)；用户属性表记录用户关联的基站和周可供接入基站的信息；能效优化方法具体如下：
(1)当网络处于稳态期，用户通过宏基站链路周期性地向汇聚服务器发送可供接入基站的信息，包括可供接入信号的强度Ps，可供接入基站的ID信息Is；
(2)根据基站当前可用带宽Bavail、可供接入基站的信号强度Ps和可供接入基站的负载比Rload确定用户的最佳转移基站；
(3)当基站的待转移用户总数Nmove与基站当前服务的用户总数Nusers相等，则将用户属性表中待转移用户的最佳转移基站ID信息Imt通过宏基站链路发送给各用户；
(4)用户接收到最佳转移基站ID信息后断开当前连接，并关联上最佳转移基站Imt；
(5)用户将转移信息反馈到汇聚服务器，汇聚服务器根据转移信息更新用户属性表和基站属性表；
其中，转移信息包括用户以前连接的基站ID信息与当前关联的基站ID信息。
优选地，上述能效优化方法，其步骤(1)中，用户定时向汇聚服务器发送可供接入基站的状态信息，直至用户离开小区；以便汇聚服务器实时更新基站属性表和用户属性表。
优选地，上述能效优化方法，其步骤(2)确定用户的最佳转移基站的方法，包括如下子步骤：
(2.1)汇聚服务器根据当前基站属性表信息获得每个可接入基站链路的可用带宽Bavail＝Bm/Nusers；其中，Bm是指基站回程链路的最大可用带宽，Nusers是指用户当前关联的基站所服务的用户数；
(2.2)根据当前基站属性表获取可供接入基站的负载比Rload＝Nusers1/Nusers；Nusers1是指可供接入基站当前所服务的用户数；
(2.3)根据可供接入信号的强度属性logPs、基站当前可用带宽Bavail、可供接入基站的负载比Rload获得相应基站的转移因子Cmove＝λp logPs+λbBavail+λrRload；
其中，λp是指信号强度属性权重因子，λb是指链路可用带宽权重因子，λr是指的基站负载比权重因子；λp+λb+λr＝1，λr≥1/2；
(2.4)获取用户可供接入的所有基站的转移因子，从中选择转移因子最大值Cmm作为最大转移因子，该最大转移因子所对应的基站即为用户的最佳转移基站；每个用户都对应一个最大转移因子。
优选地，上述能效优化方法，其包括如下子步骤：
(2.3.1)对接收到的网络信号强度属性logPs、链路可用带宽属性Bavail、对应基站负载比Rload采用百分制进行标准化；
(2.3.2)根据加权和的方式获得转移因子Cmove＝λp logPs+λbBavail+λrRload；其中，λp取0.3，λb取0.1，λr取0.6。
优选地，上述能效优化方法，确定待转移用户的方法为：当用户的最大转移因子Cmm大于阈值Cthreshold，则判定该用户为待转移用户；
其中，阈值Cthreshold根据环境能效指标确定；环境能效指标要求越高，阈值越高；阈值设置得越高，用户从当前连接的基站转移到其他基站的条件约苛刻，而最终对网络能效优化的效果越好。
优选地，上述能效优化方法，当基站的所有用户均为待转移用户，则将所有用户转移到各自的最佳转移基站；用户之前关联的基站成为空载基站，进入休眠状态。
优选地，上述能效优化方法，基站属性表所维护的信息包括基站ID、基站类型、基站服务用户总数、待转移用户总数；用户属性表所维护的信息包括用户ID、用户关联的基站ID信息、最大转移因子、待转移基站ID信息；基站属性表和用户属性表均采用事件触发和定时触发相结合的更新机制；
其中，事件触发是指：用户接入成功后将连接成功的确认信息反馈给汇聚服务器，汇聚服务器基于该确认信息更新基站属性表；
定时触发是指：用户接入成功后定时向汇聚服务器发送其连接的基站信息，汇聚服务器基于该基站信息对基站属性表进行实时更新。
优选地，上述能效优化方法，对基站属性表和用户属性表采用定时清理机制，由汇聚服务器定时检查表项内容；当表项在预设的时段内未更新，则判定用户已离开小区(正常离开或意外断电丢失连接)，更新基站属性表和用户属性表中的属性信息。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的无线密集网络的能效优化方法，在异构集中式网络架构基础上，采取信令链路与数据链路分离模型，根据用户的最大转移因子是否达到阈值来判断基站用户是否需要转移基站；保证了用户宿主转移后仍能获得较高的传输效率，发生用户转移的基站因不用服务用户而进入休眠状态，大大减小了小区内整体能耗，从而提升了网络整体能量效率，在网络的稳态期具有很高的实用价值；
另一方面，信令与数据链路分离的架构模型充分利用微基站的高速率性能和宏基站高覆盖范围性能优势，专门的信令链路为信令的传输提供高的时效性，在传输过程中可大大减少端到端信令传输的时延，保障了数据的高效传输和信令的时效性；
(2)本发明提供的无线密集网络的能效优化方法，采用基于用户接收信号强度、链路的可用带宽和周围基站与当前关联基站负载比的简单加权和方式获取用户的转移因子，获取每个用户可供接入的基站的转移因子；考虑了用户接收信号强度和链路可用带宽，保障了用户转移到新宿主后的传输质量；
(3)本发明提供的无线密集网络的能效优化方法，采用基于最大转移因子进行转移的策略，保证了一旦用户拟转移，则转移到临近基站中传输性能最优的基站。
附图说明
图1是实施例里的异构集中式网络架构示意图；
图2是实施例提供的能效优化方法中信令交互流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例所提供的无线密集网络的能效优化方法，所基于的异构集中式网络架构如图1所示意的，一个小区内部署一个LTE作为宏基站；小区内各种微基站重叠覆盖，包括微微基站(PICO)、家庭基站(FEMTO)和WIFI接入点(AP)；宏基站LTE覆盖整个小区，终端配备至少一个网卡的多模用户在小区内总能接收到宏基站信号。
实施例提供的上述无线密集网络的能效优化方法，流程如图2所示，具体如下：
(1)当网络处于稳态期，用户通过宏基站链路周期性向汇聚服务器汇报周围可供接入的基站信息，包括周围基站的信号强度Ps，基站的ID信息Is；
(2)汇聚服务器根据基站属性表获得当前可用带宽Bavail；根据用户感知的基站信号强度Ps、该基站当前可用带宽Bavail和周围基站最大负载比Rload可获得该用户的转移因子Cmove；
用户与其周围每个可供接入的基站都对应一个转移因子，每个用户都有一个最大转移因子Cmm，每个最大转移因子Cmm则对应一个最佳转移基站，该最佳转移基站的ID信息为待转移基站ID信息Imt，其中Cmm和Imt作为用户的属性记录在用户属性表中；
当用户的最大转移因子Cmm超过阈值，则判定该用户为待转移用户，更新基站属性表中对应基站的待转移用户总数Nmove；当Nmove与基站属性表中基站当前服务的用户总数Nusers相等时，则判定该基站所有用户都满足转移条件；实施例中，阈值为80；
(3)用户收到汇聚服务器传来的指示后，按照指示要求断开当前连接，并关联上ID信息为Imt的基站；
(4)用户关联上ID信息为Imt的基站后，将将转移信息反馈给汇聚服务器；
(5)汇聚服务器根据接收到的转移信息更新用户属性表和基站属性表。
上述无线密集网络的能效优化方法中，步骤(2)汇聚服务器为用户终端选择最佳转移基站的方法，具体如下：
汇聚服务器根据当前维护的基站属性表信息，获得每个可接入基站链路的可用带宽Bavail、相应基站的负载比Rload；
对接收到的网络信号强度属性logPs、链路可用带宽属性Bavail、相应基站负载比Rload预先采用百分制进行标准化，然后采取加权和的方式获得相应基站的转移因子；转移因子Cmove的计算式如下：
Cmove＝λplogPs+λbBavail+λrRload
λp+λb+λr＝1，λr＞＝1/2
对于用户周围可接入的每个基站，都对应一个转移因子；选择该用户的最大转移因子Cmm，最大转移因子对应基站即为用户的最佳转移基站。
实施例中，logPs、Bavail、Rload均标准化为百分制，λp取0.3，λb取0.1，λr取0.6，获取的转移因子Cmove为百分制。
在基站能量消耗的量化中，基站的能耗主要包括基本损耗功率Pcst和附加损耗功率Padd；基本损耗功率Pcst是由基站传输和处理单元带来的功耗，视为恒定值；附加损耗功率Padd主要是无线收发器带来的功耗，该值随流量负载的变化微弱变化，可视为恒定值；处于工作状态的基站，其总功耗包括基本功耗Pcst和附加功耗Padd；处于休眠状态的基站，其总功耗只包括基本功耗Pcst；本发明提供的这种能效优化方法，基于最大转移因子，在保障用户传输效率的前提下大大降低了基站的平均附加损耗功率，从而使能量效率得到大大提升。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无线密集网络的能效优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用户通过宏基站链路周期性地向汇聚服务器发送可供接入基站的信息，包括可供接入信号的强度Ps，可供接入基站的ID信息Is；
(2)根据基站当前可用带宽Bavail、可供接入基站的信号强度Ps和可供接入基站的负载比Rload确定用户的最佳转移基站；
(3)当基站的待转移用户总数Nmove与基站当前服务的用户总数Nusers相等，则将待转移用户的最佳转移基站的ID信息Imt通过宏基站链路发送给用户；
(4)用户接收到最佳转移基站ID信息后断开当前连接，并关联上最佳转移基站Imt；
(5)用户将转移信息反馈到汇聚服务器，汇聚服务器根据转移信息更新用户属性表和基站属性表。
2.如权利要求1所述的能效优化方法，其特征在于，用户定时向汇聚服务器发送可供接入基站的状态信息，直至用户离开小区；以便汇聚服务器实时更新基站属性表和用户属性表。
3.如权利要求1或2所述的能效优化方法，其特征在于，确定用户的最佳转移基站的方法，包括如下子步骤：
(2.1)汇聚服务器根据当前基站属性表信息获得每个可接入基站链路的可用带宽Bavail＝Bm/Nusers；其中，Bm是指基站回程链路的最大可用带宽，Nusers是指用户当前关联的基站所服务的用户数；
(2.2)根据当前基站属性表获取可供接入基站的负载比Rload＝Nusers1/Nusers；Nusers1是指可供接入基站当前所服务的用户数；
(2.3)根据可供接入信号的强度属性logPs、基站当前可用带宽Bavail和可供接入基站的负载比Rload获得基站的转移因子Cmove＝λplogPs+λbBavail+λrRload；
其中，λp是指信号强度属性权重因子，λb是指链路可用带宽权重因子，λr是指的基站负载比权重因子；λp+λb+λr＝1，λr≥1/2；
(2.4)获取用户可供接入的所有基站的转移因子，从中选择转移因子最大值Cmm作为用户的最大转移因子，所述最大转移因子所对应的基站即为用户的最佳转移基站。
4.如权利要求3所述的能效优化方法，其特征在于，所述步骤(2.3)包括如下子步骤：
(2.3.1)对接收到的网络信号强度属性logPs、链路可用带宽属性Bavail、对应基站负载比Rload采用百分制进行标准化处理；
(2.3.2)采用加权和的方式获取转移因子Cmove＝λplogPs+λbBavail+λrRload；其中，λp取0.3，λb取0.1，λr取0.6。
5.如权利要求3所述的能效优化方法，其特征在于，确定待转移用户的方法为：当用户的最大转移因子Cmm大于阈值Cthreshold，则判定该用户为待转移用户。
6.如权利要求5所述的能效优化方法，其特征在于，当基站的所有用户均为待转移用户，则将基站的所有用户转移到用户各自对应的最佳转移基站。
7.如权利要求1所述的能效优化方法，其特征在于，所述基站属性表所维护的信息包括基站ID、基站类型、基站服务用户总数、待转移用户总数；所述用户属性表所维护的信息包括用户ID、用户关联的基站ID信息、最大转移因子、待转移基站ID信息；
所述基站属性表和用户属性表均采用事件触发和定时触发相结合的更新机制；
所述事件触发是指：用户接入成功后将连接成功的确认信息反馈给汇聚服务器，汇聚服务器基于所述确认信息更新基站属性表；
所述定时触发是指：用户接入成功后定时向汇聚服务器发送其连接的基站信息，汇聚服务器基于所述基站信息对基站属性表进行实时更新。
8.如权利要求7所述的能效优化方法，其特征在于，对所述基站属性表和用户属性表采用定时清理机制，由汇聚服务器定时检查表项内容；当表项在预设的时段内未更新，判定用户已离开小区，则对基站属性表和用户属性表中的属性信息进行更新。
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